土木工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)估研究
2015-06-01
引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，大型建筑設(shè)施的出現(xiàn)對(duì)土木工程技術(shù)提出了更高的要求。在土木工程的施工過(guò)程中，對(duì)其施工過(guò)程中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)性損傷及時(shí)進(jìn)行有效檢測(cè)，并針對(duì)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)性損傷進(jìn)行及時(shí)的維修，不僅可以提高土木工程的質(zhì)量，延長(zhǎng)建筑成果的壽命，同時(shí)還可以避免許多重大質(zhì)量安全事故的發(fā)生。
一、土木工程結(jié)構(gòu)的檢測(cè)內(nèi)容和特點(diǎn)
1、土木工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)內(nèi)容
（1）外觀檢測(cè)
對(duì)建（構(gòu)）筑物的外貌、外部尺寸進(jìn)行檢測(cè)，檢查建筑物的表面的平整性，檢測(cè)建筑物的傾斜度，以及建筑物的尺寸大小是否符合相關(guān)規(guī)定。外觀檢測(cè)是保證建筑物質(zhì)量的最簡(jiǎn)單的方式。
?。?）強(qiáng)度檢測(cè)
對(duì)建（構(gòu)）筑物的材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)建筑物的材料強(qiáng)度、構(gòu)件承載力、鋼筋配置情況等。通過(guò)檢測(cè)建筑物的原材料，保證建筑材料的品質(zhì)；通過(guò)檢測(cè)建筑物的構(gòu)件承載力和鋼筋配置，保證建筑物的主體結(jié)構(gòu)符合建筑要求，保證建筑施工安全進(jìn)行，保證建筑物符合工程質(zhì)量。
（3）結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的檢測(cè)
檢測(cè)混凝土內(nèi)部可能存在的孔洞、裂縫、鋼結(jié)構(gòu)的焊接等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)建筑物的工程內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工問(wèn)題，解決施工的缺陷，保證工程質(zhì)量。
2、土木工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)特點(diǎn)
（1）結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作大多在露天的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，來(lái)源于外界環(huán)境中的干擾因素多，使得土木工程檢測(cè)的結(jié)果的準(zhǔn)確度不高，影響對(duì)土木工程質(zhì)量的評(píng)估。
?。?）工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)需要慎之又慎。當(dāng)土木工程的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，往往是在工程完工很久以后，由于時(shí)間很長(zhǎng)，對(duì)結(jié)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)檔案保護(hù)不當(dāng)，導(dǎo)致技術(shù)材料不全，甚至還會(huì)出現(xiàn)材料虛假的現(xiàn)象。
?。?）結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作需要采取采取非破壞的方式。結(jié)構(gòu)檢測(cè)往往是在被檢測(cè)的工程建設(shè)完工或主體形式完工后，一般不允許破壞原構(gòu)件，或者是從原構(gòu)件上取樣時(shí)只能允許有微破損，破損后稍經(jīng)加固后就不會(huì)影響建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。這樣就保證了工程完整性，保證了工程質(zhì)量。
二、工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法
土木工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)根據(jù)檢測(cè)方式的不同可以分為靜態(tài)檢測(cè)方式、動(dòng)態(tài)檢測(cè)方式兩種。土木工程結(jié)構(gòu)的靜態(tài)檢測(cè)是通過(guò)觀察和測(cè)量建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際大小尺寸、工程材料的彈性模量和強(qiáng)度系數(shù)等數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)綜合到一起，運(yùn)用物理學(xué)中的力學(xué)知識(shí)去分析評(píng)價(jià)土木工程結(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性。
但是，由于土木工程結(jié)構(gòu)形體巨大，構(gòu)件繁多且具有一定的隱蔽性，對(duì)于某些過(guò)大或過(guò)于隱蔽的工程構(gòu)件難以檢測(cè)，靜態(tài)檢測(cè)的方法在實(shí)際的應(yīng)用中受環(huán)境等因素的影響較大，工作效率較低。而土木工程結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，是通過(guò)建立動(dòng)態(tài)的數(shù)字化的結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)機(jī)制，監(jiān)督土木工程的結(jié)構(gòu)建設(shè)工作。結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)檢測(cè)利用結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)或物理系數(shù)，評(píng)價(jià)土木工程的結(jié)構(gòu)性能。但是，土木工程的動(dòng)態(tài)檢測(cè)卻受到動(dòng)態(tài)監(jiān)控信號(hào)質(zhì)量和數(shù)量的限制，影響動(dòng)態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
三、土木工程中結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用
土木工程建設(shè)過(guò)程中，僅僅運(yùn)用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化土木工程建設(shè)的需求，需要土木工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)不斷的發(fā)展，以推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，出現(xiàn)了許多檢測(cè)方式，尤其是物理學(xué)知識(shí)在土木過(guò)程中的發(fā)展應(yīng)用，使我們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)土木工程建設(shè)過(guò)程中的許多結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，對(duì)我國(guó)土木工程的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。在現(xiàn)代的檢測(cè)技術(shù)中有以下幾種方式：
1、超聲波法
超聲波是在檢測(cè)土木工程結(jié)構(gòu)問(wèn)題時(shí)常用的一種檢測(cè)方式，該技術(shù)的產(chǎn)生是根據(jù)物理學(xué)的基本知識(shí)，依據(jù)超聲波在媒介中傳播的規(guī)律和超聲波本身的特點(diǎn)而產(chǎn)生的一種結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)。超聲波在不同的介質(zhì)中的傳播規(guī)律不同，通過(guò)對(duì)檢測(cè)到超聲波的波形進(jìn)行分析，可以對(duì)工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的大小以及缺陷所在的方位進(jìn)行判斷。利用超聲波檢測(cè)土木工程的結(jié)構(gòu)問(wèn)題時(shí)，既沒(méi)有破壞土木工程設(shè)施，有檢測(cè)了土木工程的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)目的。
2、紅外線檢測(cè)法
紅外線檢測(cè)法是根據(jù)物理學(xué)中的熱輻射定律、微分方程，對(duì)原子震動(dòng)產(chǎn)生的紅外輻射進(jìn)行檢測(cè)的一種結(jié)構(gòu)檢測(cè)方式。任何物體其溫度只要高于絕對(duì)零度，就會(huì)輻射出來(lái)紅外線。物體的輻射強(qiáng)度與物體本身的溫度有關(guān)，當(dāng)土木工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生物質(zhì)變化時(shí)，紅外線的輻射強(qiáng)度也隨之改變。我們可以基于紅外線輻射的變化判斷其內(nèi)部是否損傷。
3、建立動(dòng)態(tài)的工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)機(jī)制
動(dòng)態(tài)工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)機(jī)制的建立，需要將各種數(shù)據(jù)和信息整合到一起，形成一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)檢測(cè)需要將相關(guān)的管理信息知識(shí)存入到系統(tǒng)信息庫(kù)內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)信息來(lái)判斷土木工程的結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)了問(wèn)題。動(dòng)態(tài)工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)是根據(jù)結(jié)構(gòu)物理特性的變化來(lái)判定土木工程結(jié)構(gòu)問(wèn)題存在的可能性以及結(jié)構(gòu)性問(wèn)題存在的地方。
3、但是，由于動(dòng)態(tài)工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)機(jī)制的成立比較困難，在實(shí)踐操作中，干擾因素較多，又容易受到土木結(jié)構(gòu)的影響，使得動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)不精確。工程檢測(cè)的數(shù)據(jù)也存在一定的失誤或偏差。影響工程的進(jìn)度。就當(dāng)前動(dòng)態(tài)工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)在實(shí)踐中的應(yīng)用來(lái)看，動(dòng)態(tài)檢測(cè)機(jī)制在識(shí)別損失方面比較遲鈍，往往是在損失發(fā)生后才能檢測(cè)出來(lái)，不能起到早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)防的作用。
四、評(píng)估方法
現(xiàn)階段,對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估時(shí),主要應(yīng)用以下評(píng)估方法:一、可靠度評(píng)估方法,這是一種以概率統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的評(píng)估方法;二、模糊數(shù)學(xué)評(píng)估方法,該方法尤為擅長(zhǎng)對(duì)復(fù)雜事件的處理;三、灰色理論評(píng)估方法,該方法有效規(guī)避了對(duì)樣本過(guò)分依賴的問(wèn)題,簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程,而且保證了量化結(jié)果、定性結(jié)果的一致性;四、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估方法,該方法在處理多因素事件以及模糊事件方面表現(xiàn)出了極大的優(yōu)越性,評(píng)估結(jié)果較為理想。下文將針對(duì)這一方法中的概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PNN)方法展開(kāi)重點(diǎn)介紹。
PNN能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)損傷位置及類型的準(zhǔn)確判斷。PNN利用已知數(shù)集的概率密度函數(shù)以完成貝葉斯決策,將之合理的融入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,如此一來(lái),便可完成對(duì)未知數(shù)據(jù)的歸類,對(duì)于那些多類問(wèn)題(涉及θ1、θ2⋯θn)而言,基于P維試驗(yàn)向量X的貝葉斯決策d(X)為;
d(X)∈θq(hqlqfq(X)＞hklkfk(X),k≠q)
設(shè)fj(X)為概率密度函數(shù),那么多變量高斯分布函數(shù)如下:
n=q
fq(X)=1/[nq(2π)P/2σp]Σ[-(X-Xqi)T(X-Xqi)/2σ2]
i=1
對(duì)該貝葉斯決策進(jìn)行相應(yīng)處理,可得到一個(gè)概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),且包括如下層次:一、輸入層;二、模式層;三、求和層;四、決策層。見(jiàn)圖1。
該損傷檢測(cè)方法能夠有效克服測(cè)量誤差導(dǎo)致最終結(jié)果不準(zhǔn)的問(wèn)題,所以,具有良好的應(yīng)用前景。
結(jié)束語(yǔ)
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,我國(guó)土木工程數(shù)量正在與日俱增,其結(jié)構(gòu)安全與否將會(huì)對(duì)使用者的生命安全造成直接的影響,所以,展開(kāi)相應(yīng)的檢測(cè)及評(píng)估工作便顯得尤為重要了,這已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)共識(shí)。在檢測(cè)及評(píng)估的過(guò)程中,應(yīng)基于檢測(cè)內(nèi)容選擇相對(duì)合適的檢測(cè)方法(如無(wú)損檢測(cè)方法等)及評(píng)估方法(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估方法等),從而保證檢測(cè)結(jié)果及評(píng)估結(jié)果的客觀性、準(zhǔn)確性,為接下來(lái)的維修、加固工作提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)資料。
